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Il calcolo quantistico predire l'andamento delle reazioni molecolari

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Quanta energia c’è in una molecola di idrogeno? Gli scienziati dell’Università australiana del Queensland e l’Università di Harvard, guidati da Andrew White mediante il calcolo quantistico sono riusciti a valutarla in maniera precisa. Il Lavoro è stato pubblicato sul numero del 10 gennaio di Nature Chemistry.

Gli scienziati hanno messo a punto un computer quantistico che utilizza solo due qubit (quantum bit) che con sole 20 misurazioni quantistiche è stato in grado di ottenere con estrema esattezza l’energia dell’idrogeno molecolare.

Secondo quanto  White afferma che oltre a poter essere brillantemente utilizzato per poter predire il risultato di una qualunque reazione chimica con assoluta certezza (a differenza di quanto avviene oggi nelle simulazioni al computer che contengono sempre un certo margine di approssimazione proprio per la complessità dei calcoli in gioco) il calcolo quantistico potrebbe essere proficuamente impiegato nella crittografia e in tutti i campi in cui sono necessarie grandissime capacità computazionali, come ad esempio la scienza dei materiali.

Il metodo piuttosto che utilizzare bit binari che possono assumere solo il valore zero o uno come accade nei moderni computer convenzionali,  utilizza i qubit, grandezze vettoriali che possono assumere sia stati assimilabili a zero o ad uno sia tutti gli stati ottenibili per combinazione lineare di questi primi due utilizzando il principio di sovrapposizione. Quando un computer quantistico viene messo a lavoro per risolvere un problema esso riesce a considerare tutte le risposte possibili analizzando contemporaneamente tutte le possibili combinazioni lineari degli stati zero e uno date dai suoi qubit.

Dal momento che una sequenza di qubit può rappresentare molti numeri diversi, un computer quantistico fa molti meno calcoli di un computer tradizionale per risolvere lo stesso problema. Perciò un computer quantistico risulta essere molto più efficiente di uno tradizionale, che invece deve per forza di cose arrendersi a peggiorare esponenzialmente i tempi di calcolo quando il numero delle grandezze in gioco diventa troppo grande da manipolare.

Nello specifico delle simulazioni chimiche ad esempio se si considerano più di quattro o cinque atomi (ad esempio in una reazione o nella costruzione di una molecola moderatamente complessa) il problema diventa rapidamente molto difficile  -quando non impossibile-  da affrontare usando strumenti convenzionali.

In definitiva, lo stesso computer quantico che potrebbe anche calcolare le conformazioni a più bassa energia di molecole complesse come il colesterolo.

Per approfondimenti: http://www.nature.com

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